Nimi Titteli Vastuualue
Petri Tuominen Toimitusjohtaja Hankinnat, tulevaisuus
Sonja Pyykkönen Prosessi-insinööri Puhdistamon prosessit, raportointi Markku Tuohimetsä Kunnossapitopäällikkö Kunnossapito, energiantuotanto Ville Sorsamäki Prosessinhoitaja Jätevedenkäsittelyprosessi Toni Nevalainen Prosessinhoitaja Lietteenkäsittelyprosessi Tuomo Jauhiainen Huoltoasentaja Talotekniset järjestelmät
3.1 Jätevedenkäsittelyprosessi
Jätevedenkäsittelyprosessi Nenäinniemessä perustuu perinteiseen aktiivilieteprosessiin ja rinnakkaissaostukseen. Se voidaan jakaa karkeasti viiteen vaiheeseen, jotka ovat esi-käsittely, esiselkeytys, biologinen prosessi eli ilmastus, jälkiselkeytys ja tertiäärikäsittely.
Tulopumppaamossa puhdistamolle saapuva jätevesi nostetaan esikäsittelyrakennuksen toiseen kerrokseen esikäsiteltäväksi. Esikäsittelyn alussa jäteveteen syötetään ferrosulfaattia, jonka tarkoitus on saostaa vedessä olevaa liukoista fosforia. Seuraavana on karkea välppäys, jossa jätevedestä poistetaan suuret, 25 mm:n tankovälillä varustettuun välppään tarttuvat partikkelit. Välppään tarttuva jäte ohjataan välpepesurille, jossa siitä pestään pois välpe. Jätevesi ohjataan hiekanerotukseen, jossa hiekka ja sora laskeutetaan altaan pohjalle. Hiekan laskeutumista tehostetaan ilmastuksella. Laskeutunut hiekkainen vesi siirretään hiekkapesureille, joista puhdistettu hiekka kerätään ja kuljetetaan jätteenkäsittelykeskukseen. Viimeisenä vaiheena esikäsittelyssä on hieno välppäys, jossa jätevesi välpätään kahden reikälevyvälpän läpi.
Hienovälppä poistaa tehokkaasti hieman pienemmät partikkelit kuten ruuantähteet, jotka eivät läpäise reikäkooltaan 6 mm:n suuruista reikälevyvälppää. Hienovälpälle tarttuva välpe pestään välpepesurilla aivan kuten karkeampikin välpe ja toimitetaan poltettavaksi jätteenpolttolaitokselle. Esiselkeytyksessä jätevesi ohjataan kolmeen esiselkeytysaltaaseen, joiden yhteistilavuus on 5800 m3. Altaissa veden virtausta hidastetaan ja saostunut fosfori sekä osa kiintoaineesta laskeutuu altaan pohjalle. Sieltä se siirretään pyörivän pohjalaahaimen avulla altaan keskellä sijaitsevaan syvennykseen, josta liete pumpataan lietteenkäsittelyprosessiin. Jätevesi puolestaan pumpataan nostopumppaamon kautta ilmastusaltaille. (Jyväskylän Seudun Puhdistamo Oy 2020)
Biologisessa prosessissa eli ilmastuksessa jäteveteen puhalletaan ilmaa mikrokuplina.
Vanhojen ilmastusaltaiden neljän linjan tilavuus oli yhteensä 12 000 m3, mutta altaita laa-jennettiin vuonna 2018 saneerauksen yhteydessä 17 000 m3:llä, eli nyt kokonaistilavuus on 29 000 m3. Saneerauksen yhteydessä uusituista ilmastuskompressoreista kaksi pu-haltaa ilmaa vanhoihin ilmastusaltaisiin ja kolme uusiin altaisiin. Ilmastuksen ansiosta jätevesi sekoittuu aktiivilietteen kanssa tehokkaasti ja suspensioon liukenee happea, jon-ka ansiosta seokseen jon-kasvaa mikrobeista ja pieneliöistä koostuva aktiiviliete, jojon-ka käyt-tää kasvuunsa jäteveden orgaanista ainesta muuttaen sitä kiinteään muotoon. Jäteve-si johdetaan seuraavakJäteve-si neljään jälkiselkeytysaltaaseen. Ilmastusvaiheessa mikrobien ja pieneliöiden muodostama aktiiviliete laskeutuu jälkiselkeytysaltaiden pohjalle, josta se johdetaan suurimmaksi osaksi palautuslietteenä ilmastusprosessin alkuun ja osaksi yli-jäämälietteenä eli biolietteenä lietteenkäsittelyprosessiin. Jälkiselkeytyksessä prosessiin syötetään polyalumiinikloridia, ferrosulfaattia sekä polymeeriä, joilla saostetaan lisää fos-foria ja edistetään lietteen laskeutumista. (Jyväskylän Seudun Puhdistamo Oy 2020) Viimeisenä käsittelyvaiheena on puhdistamon viimeisimmän saneerauksen yhteydessä rakennettu tertiäärikäsittely. Siinä jäteveteen johdetaan polyalumiinikloridia sekä poly-meeriä jäännösfosforin ja -kiintoaineen saostamiseksi. Seuraavaksi jätevesi suodatetaan kaksikanavaisen kiekkosuodatuksen läpi, jossa on viisi kiekkosuodatusyksikköä. Kussa-kin suodatusyksikössä on 28 kiekkoa ja suodatinpinta-alaa yli 200 m2. Suodatinkankaan huokoskoko on 10 µm. Avovesikaudella käytössä on UV-hygienisointi (ultravioletti), jossa jätevettä säteilytetään korkeaintensiteettisellä valolla. UV-valo vaurioittaa mikrobien DNA-rakenteita niin, että ne eivät kykene enää lisääntymään. UV-laitteisto sisältää 96 puhdiste-tun jäteveden kanavaan sijoitettua UV-lamppua, jotka säteilyttävät vettä aallonpituudella 274 nm. (Jyväskylän Seudun Puhdistamo Oy 2019)
3.2 Lietteenkäsittelyprosessi
Jätevedenkäsittelyprosessista talteen otetut lietteet ohjataan lietteenkäsittelyprosessiin.
Siinä tavoitteena on saada hyötykäyttöön lietteessä oleva orgaaninen aines, joka mädä-tetään biokaasuksi. Ulos prosessista saadaan kaasun lisäksi kuivaa lietettä. Puhdistamon lietteenkäsittelyprosessi voidaan jakaa neljään eri osaan, jotka ovat sakeutus, mädätys, kaasunkatkaisu ja linkous.
Sakeutuksessa kahden gravitaatiosakeuttimen sekä mekaanisen sakeuttimen avulla lietteestä poistetaan vettä. Sakeutuksesta mädättämöille pumpattavan lietteen kuiva-ainepitoisuus on 3–5 %. Nenäinniemessä on kolme 2750 m3:n vetoista biokaasureaktoria, joissa liete mädätetään. Reaktoreissa eli mädättämöissä lietteen lämpötilan on oltava n. 37◦C, jotta mädätys toimii halutusti. Reaktoreihin ei myöskään päästetä happea, jotta anaerobinen mikrobikanta toimii optimaalisesti. Mikrobit käyttävät ravinnokseen lietteen orgaanista ainesta, ja niiden aineenvaihdunnan tuotteena syntyy hiilidioksidia sekä metaania. Metaani on mainio energianlähde, ja tuotetun biokaasun metaanipitoisuus on keskimäärin n. 60 %. Lietteen viipymä reaktoreissa on 14–21 d,
minkä jälkeen se siirretään kaasunkatkaisuun. Siellä lietteen sekaan johdetaan ilmaa, minkä tarkoitus on katkaista lietteen anaerobinen hajoaminen eli kaasuntuotanto. Näin parannetaan lietteen jälkikäsittelyn ja kuljetuksen turvallisuutta. Viimeinen vaihe lietteenkäsittelyssä on linkous, jossa lietteestä poistetaan lietelinkojen ja polymeerin avulla mahdollisimman paljon vettä. Tällöin lietteen tilavuus pienenee ja sen kuljetus jatkojalostukseen on helpompaa ja edullisempaa. Linkouksen jälkeen lietteen kuiva-ainepitoisuus on 27–29 %. Kuivattu liete varastoidaan tilapäisesti lietesiiloihin, joista se puretaan ja toimitetaan Mustankorkean jätteenkäsittelykeskukseen kompostoitavaksi. (Jyväskylän Seudun Puhdistamo Oy 2020)
3.3 Lupaehdot, tulokuormitus ja prosessissa poistettu kuorma
Nenäinniemen jätevedenpuhdistamon toimintaa ohjaa Itä-Suomen ympäristölupaviraston asettama ympäristölupa (nro 64/03/1, Dnro ISY-2002-Y-246) vuodelta 2009, jonka uusim-mat lupaehdot astuivat voimaan vuonna 2018. Lisäksi puhdistamon on seurattava valtio-neuvoston asetuksen 12.10.2006/888 vähimmäisvaatimuksia. Puhdistamolle ei ole ase-tettu kokonaistypenpoiston vaatimusta, vaan ympäristöluvassa on todettu, että puhdista-molla on pyrittävä nitrifikaatiovaatimuksen lisäksi mahdollisimman hyvään typenpoistoon.
Lupaehdot ja niitä vastaavat puhdistustulokset vuodelta 2019 on esitetty taulukossa 3.2.
Taulukossa pitoisuusarvo yksikössä mg/l kuvaa kyseisen parametrin keskimääräistä pi-toisuutta vesistöön johdetussa puhdistetussa vedessä. Prosenttiarvo on keskimääräinen kokonaispuhdistusteho ohitukset ja ylivuodot huomioiden. (Eurofins Ahma Oy 2020) Taulukko 3.2.Puhdistamon ympäristölupaehdot ja puhdistustulokset vuodelta 2019. Mu-kailtu lähteestä (Eurofins Ahma Oy 2020).
Kokonaisfosfori BOD7 CODCr Kiintoaine NH4N
mg/l % mg/l % mg/l % mg/l % mg/l %
Luparaja 0,30 96 10 96 80 90 10 90 4,0 80
2019 tulos 0,20 98 3,1 99 43 95 8,6 98 0,4 99
Puhdistamolle saapuu jätevettä päivässä keskimäärin n. 37 000 m3/d (Eurofins Ahma Oy 2020). Vuosittainen jätevesimäärä on pysynyt vakaana 90-luvulta lähtien, eikä kuormi-tusennusteen mukaan ole nähtävissä selkeää lisäystä vuoteen 2040 mennessä (Pöyry Oyj 2019). Viemäriverkostoon liittyneiden asukkaiden määräksi arvioitiin vuoden 2018 lo-pulla 154 600 (Pöyry Oyj 2019), kun taas keskimääräisen BOD-vuorokausikuormituksen perusteella arvioitu asukasvastineluku oli noin 174 000 vuonna 2019 (Eurofins Ahma Oy 2020). Käytännössä asukasvastineluvun ja todellisten liittyjien määrän välinen erotus joh-tuu teollisuusjätevesien kuormituksesta. Tunnuslukujen laskemiseksi tarvitaan lisäksi tie-toja puhdistamon puhdistustuloksista, joita on koottu taulukkoon 3.3.
Taulukko 3.3. Jätevedenkäsittelyprosessissa vuonna 2019 poistetut ravinteet ja BOD-, COD- sekä OCP-määrät. Mukailtu lähteestä (Eurofins Ahma Oy 2020).
kg/a Poistettu BOD7 4 391 680 Poistettu CODCr 10 849 260 Poistettu Nkok 208 415 Poistettu Pkok 131 875 Poistettu OCP 21 330 600
Taulukossa esiintyvä OCP-lukema on laskettu muista parametreista kaavan 2.1 mukai-sesti. Puhdistustulosten perusteella laskettuja tunnuslukuja on analysoitu luvussa 4.2.
3.4 Energian tuotanto, kulutus ja jakelu
Lietteenkäsittelyn tuotteena syntynyt biokaasu säilötään väliaikaisesti kaasukelloon, jon-ka tilavuus on 1000 m3. Biokaasulle on puhdistamolla kolme käyttöpaikkaa, jotka ovat CHP-laitos eli sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitos, lämpökeskuksen kaasukattilat se-kä ylijäämäpoltin eli soihtu. CHP-laitokselle menevä kaasu ohjataan vielä aktiivihiilisuo-datuksen läpi, jonka tarkoituksena on poistaa kaasusta siloksaaneja sekä muita epäpuh-tauksia ja näin pidentää kaasumoottorien huoltoväliä ja käyttöikää.
CHP-laitoksesta löytyy kaksi GE Jenbacher JMS 208 GS-B.L JSP Modul C21 kaasu-moottoria. Niillä tuotetaan ensisijaisesti sähköä (nimellissähköteho 330 kW), mutta moot-torien käydessä syntyvää lämpöä otetaan talteen lämmönsiirtoverkkoon niin paljon kuin mahdollista. Moottorin jäähdytysveteen siirretään lämpöä moottorin käydessä mootto-riöljystä (37 kW), vaipan jäähdytysvedestä (106 kW) sekä savukaasuista (192 kW), jol-loin yhteenlasketuksi hyödynnettävissä olevaksi lämpötehoksi saadaan 335 kW. Lämpi-mästä jäähdytysvedestä lämpö on siirrettävä aluelämpöverkon veteen levylämmönsiirti-men kautta. Levylämmönsiirtimien jälkeen ylimääräinen lämpö lauhdutetaan ilmaan, jotta moottoreiden jäähdytysveden lämpötila saadaan laskettua halutulle tasolle. Lämpökes-kuksesta löytyvät kaksi kaasukattilaa ovat Rauma-Repolan valmistamia lämpökattiloita, joiden nimellislämpöteho on 980 kW kattilaa kohden. Niitä ajetaan Oilonin poltinmallilla GKP-90 MH WD34, jonka käytettävissä oleva tehoalue on 200–1500 kW. Kolmas kaasun hyödyntämiseen soveltuva laite on ylijäämäpoltin. Sillä ylimääräisestä kaasusta pääs-tään eroon ongelmatilanteissa tai vuosihuoltojen aikana, kun kaasua ei voida muualla hyödyntää riittävästi. Kaasujen vaikutusta kasvihuoneilmiöön voidaan tarkastella GWP-arvolla (Global Warming Potential). Yleensä tarkastelussa käytetään 100 vuoden aika-horisonttia, jolloin vertailukohtana käytetyn hiilidioksidin GWP100-lukema on 1 ja metaa-nin lukema puolestaan 25 (Forster et al. 2007). Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, et-tä 100 vuoden aikahorisontilla metaani lämmitet-tää ilmastoa 25-kertaisesti hiilidioksidiin verrattuna. Kaasu muuttuu siis poltettaessa ilmakehälle vähemmän haitalliseen muotoon
hiilidioksidiksi. Polttamalla biokaasu kaasukattilassa tai CHP-laitoksessa saadaan talteen myös metaanimolekyylien sidoksien kemiallinen energia eli lämpöarvo.
3.4.1 Aluelämpöverkko
CHP-laitoksella ja kaasukattiloilla tuotettu lämpö siirretään puhdistamon aluelämpöverkkoon. Lämmityskaudella puhdistamon rakennuksista kahdeksan lämpenee aluelämpöverkossa jaetun lämmön avulla. Lämmitettävää rakennustilavuutta on yhteensä 37 891 m3, ja keskimääräinen sisälämpötila on 21◦C. Lämmitettävien rakennusten tilavuudet ja niiden osuudet lämmitettävästä kokonaistilavuudesta on esitetty taulukossa 3.4. Rakennuksissa on vesikiertoisia patteriverkostoja sekä koneellisia ilmanvaihtojärjestelmiä, joissa tuloilma lämmitetään aluelämpöverkosta otetun lämmön avulla. Lisäksi kahdessa toimistokäytössä olevassa rakennuksessa on jonkin verran lämpimän käyttöveden kulutusta.
Taulukko 3.4.Lämmitettävät rakennukset ja niiden tilavuudet.
Rakennustilavuus Osuus
m3 %
1 Toimistorakennus 2058 5
2 Esikäsittelyrakennus 12 581 33
114 Lietteenkäsittelyrakennus 6574 17
115 Valvomo- ja korjaamorakennus 1422 4 116 Mädättämöt 1&2 laitetila 1247 3
51 Nostopumppaamo 1922 5
54 Kompressorirakennus 3009 8
59 Tertiäärirakennus 9078 24
37 891 100
Rakennusten lämmityksen lisäksi lämpöä kuluu runsaasti lietteenkäsittelyprosessissa mädätteen lämmitykseen. Jokaisella biokaasureaktorilla on oma lämmityskiertonsa, jossa reaktorin lietettä kierrätetään lämmönvaihtimen läpi, jonka toisella puolella virtaa aluelämpöverkon lämmin vesi. Prosessissa lämmintä vettä käytetään myös ferrosulfaatin liuotukseen. Aluelämpöverkkoon syötettävän veden lämpötila vaihtelee välillä 60–80◦C sen hetkisen ulkolämpötilan mukaan. Ajokäyrä on esitetty kuvassa 3.1.
Lämmöntuotannon varajärjestelmänä on kaksi vanhaa öljykattilaa Oilonin KP-45H polttimilla, joiden tehoalue on 236–614 kW. Öljyä säilytetään 30 000 l:n öljysäiliössä.
Laitteita pidetään käyttökunnossa ja testataan vuosittain, mutta niiden todellinen käyttötarve on hyvin vähäinen.
Kuva 3.1.Aluelämpöverkon ajokäyrä.
Kaksi CHP-kaasumoottoria toimivat aluelämpöverkossa esilämmittimien tapaan. Niitä ajettiin työn kirjoitushetkellä 250 kW:n vakiosähköteholla ja lämpötehoa saadaan tällä ajotavalla talteen moottoria kohden n. 140 kW. Molempien kaasumoottoreiden käyntiä (päällä/pois) ohjaa kaasukellon pinta, mutta käytännössä moottoreista toinen on koko ajan käynnissä ja molemmat silloin, kun kaasua on ylimäärin. Biokaasua kuluu tällä ajotavalla moottoria kohden n. 115 nm3/h. CHP-laitoksessa lämmennyt vesi ohjataan lämpökeskukseen kahdelle kaasukattilalle, jotka ovat talvella jatkuvasti päällä. Oilonin polttimet on varustettu paikallisella moduloivalla säädöllä, eli ne tarkkailevat lähtevän veden lämpötilaa ja käyttävät kaasua sen verran kuin aluelämpöverkon ajokäyrän mukaisen lämpötilan tuottamiseen vaaditaan. Kaasukattiloita ei ole kuitenkaan kytketty laitosautomaatiojärjestelmään, eli ne eivät saa mitään tietoa CHP-moottoreiden käynnistä. Viimeinen säätö aluelämpöverkon veden menolämpötilaan tehdään kolmitieventtiilillä, joka ottaa paluulinjasta viileää vettä ja säätää lopullisen lämpötilan ajokäyrän mukaiseksi. Talviaikaan lämmöntarve on huomattavasti suurempi kuin kesäaikaan matalammista ulkolämpötiloista johtuen. Rakennusten lämmitystarpeen lisäksi on huomattava lietteenkäsittelyprosessiin tulevan mädätettävän lietteen alempi lämpötila, jolloin raakalietteen lämmittäminen anaerobisen mädätysprosessin vaatimaan lämpötilaan vaatii enemmän lämpöenergiaa.
3.4.2 Sähkönkulutus
Sähköä kuluttavat jätevedenkäsittelyprosessissa ja lietteenkäsittelyprosesseissa monen-laiset laitteet. Kompressorit, pumput, puhaltimet, sekoittimet, kuljettimet ja muut laitteet ovat lähes kaikki sähkömoottorikäyttöisiä. Useimmat uudet laitteet sekä vanhoista lait-teista nimellisteholtaan suurimmat on varustettu taajuusmuuttajakäytöillä, ja niiden toi-mintaa voidaan pääosin hallita valvomon laitosautomaation kautta. Suurin osa teholtaan pienemmistä laitteista, kuten sekoittimet ja laahat, käyvät päällä ollessaan sähkömoot-torin nimellisteholla. Tämän työn aineistoon kerättiin 197 laitteen tehotiedot, joiden lu-kumäärät, yhteenlasketut nimellistehot sekä laiteryhmän keskimääräiset nimellistehot on esitetty taulukossa 3.5.
Taulukko 3.5.Aineistoon kerätyt puhdistamon prosessien sähkökäyttöiset laitteet.
Tyyppi Lukumäärä Nimellistehot yhteensä Km. nimellisteho
kpl kW kW
Kompressori 12 1269 105,7
Pumppu 105 1261 12,2
Sekoitin 42 114 2,7
Muu laite 38 253 7,4
197 2897 15,2
CHP-laitoksessa tuotetun oman sähköenergian lisäksi Nenäinniemen puhdistamo on lii-tetty valtakunnanverkkoon kahden eri sähkökeskuksen kautta. Sähköä ostetaan tarpeen mukaan kaupunkikonsernin kilpailutuksessa valitulta sähköntoimittajalta. Sähkön osto- ja tuotantokustannukset on esitetty tarkemmin luvussa 3.6. Myös puhdistamon sähkönku-lutuksessa on syytä huomata vuodenaikojen väliset vaihtelut. UV-käsittely on käytössä ympäristöluvan mukaisesti avovesikauden ajan eli huhtikuun alusta marraskuun loppuun.
UV-laitteiston nimellisteho on 49 kW, ja tiettyä UV-annosta tavoittelevasta säätöjärjestel-mästä huolimatta sen on huomattu olevan päällä lähes jatkuvasti täydellä teholla. Korkea sähköteho tekee siitä kesäaikaan yhden suurimmista yksittäisistä sähkönkuluttajista.
3.4.3 Energiataseet
Puhdistamon energiataseet haluttiin tässä työssä jakaa kolmeen osaan, jotka ovat lämpö-, sähkö- ja kokonaisenergiataseet. Sähkön osalta laitteet on jaettu kuuteen eri kategoriaan, jotka ovat
1. esikäsittely 2. ilmastus
3. tertiäärikäsittely
4. lietteenkäsittely 5. pumppaamot 6. muu sähkönkulutus.
Viisi ensimmäistä kategoriaa sisältävät prosessilaitteiden kulutuksen. Pumppaamot si-sältävät jätevedenkäsittelyprosessin sekä kemikaalien käsittelyn pumput, mutta lietteen-käsittelyyn liittyvät pumput on kategorisoitu lietteenkäsittelyn alle. Muu sähkönkulutus si-sältää taloteknisten järjestelmien sähkönkulutuksen, toimistojen sähkölaitteet, kuten pe-sukoneet ja tietotekniset järjestelmät, sekä valaistuksen. Sähkönkulutuksen jakaminen kategorioihin oli hankalaa, sillä puhdistamon sähkölaitteet on jaettu sijaintinsa perusteel-la eri sähkökeskusten taakse, eikä perusteel-laitekohtaisia mittauksia ole juurikaan käytössä. Täs-tä syysTäs-tä prosessilaitteiden sähkönkulutusta oli Täs-tässä työssä arvioitava käyttötuntien ja laitteiden nimellistehojen perusteella. Taloteknisten järjestelmien laitteiden nimellistehoja ei kuitenkaan ollut helposti saatavilla, joten niiden sähkönkulutuksen arviointi oli vaike-aa. Nenäinniemessä rakennustilavuutta on runsaasti ja taloteknisiä laitteita (pumppuja ja puhaltimia) on ainakin kaikissa lämmitettävissä rakennuksissa. Arvioidaan muun sähkön-kulutuksen osuutta vähentämällä prosessilaitteiden arvioitu yhteenlaskettu kulutus koko-naissähkönkulutuksesta seuraavasti:
Muu sähkönkulutus=Kokonaissähkönkulutus−Prosessilaitteiden sähkönkulutus (3.1) Lämmön osalta jaottelu oli helpompi, sillä kulutuskohteita on vähän ja niitä voidaan tar-kastella yksitellen. Lämmönkulutus voitiin jakaa viiteen osaan, jotka ovat
1. ferrosulfaatin liuotusvesi 2. ferrosulfaatin kyytivesi 3. lietteen lämmitys 4. rakennusten lämmitys 5. lämpöhäviö.
Kolme ensimmäistä kulutuskohdetta ovat prosessin lämmönkulutusta, josta saadaan mit-taustietoa prosessiautomaatiosta. Ferrosulfaatti liuotetaan haaleaan veteen ennen jä-tevedenkäsittelyprosessiin annostelua. Lisäksi annosteltavaan liuokseen lisätään kyyti-vettä, jotta vältetään ylikylläisen liuoksen muodostuminen. Liuotus- ja kyytivesinä käyte-tään teknistä vettä, joka valmistetaan Päijänteestä pumpattavasta kylmästä järvivedestä.
Takautuvana mittaustietona Wahti-järjestelmästä oli saatavissa ainoastaan kulutettujen vesien tilavuudet, joten lämpötiloja jouduttiin arvioimaan. Prosessiautomaatiosta saatiin lämmitettävän veden lämpötilan asetusarvo 28◦C ja järviveden vuotuiseksi keskilämpö-tilaksi arvioitiin 6◦C. Teknisen veden pumppausputken pää on upotettu syvälle järveen, joten voitiin olettaa, ettei ulkoilman lämpötila vaikuta merkittävästi teknisen veden tuloläm-pötilaan. Lietteen lämmityksen osalta kierrätyslietteen tilavuusvirrat ja lämpötilat saatiin järjestelmästä jatkuvina mittaustietoina. Tulolämpötila on luokkaa 34◦C ja paluulämpötila 35–36◦C, joten lämpötilaero on vain 1–2◦C. Veden tiheys kyseisellä lämpötila-alueella
on noin 992 kg/m3(Khattab et al. 2012). Lietteessä on kuiva-ainetta noin 2–3 m-%, joten hyvällä tarkkuudella voitiin arvioida lämmitettävän lietteen tiheydeksi 1000 kg/m3. Omi-naislämpökapasiteettina voitiin myös pitää hyvällä tarkkuudella veden ominaislämpöka-pasiteettia 4,182 kJ/kgK.
Rakennusten lämmitys ja lämpöhäviö ovat tuntemattomia tekijöitä, sillä niistä ei ole minkäänlaista mittaustietoa saatavilla. Lämmintä käyttövettä kuluu lähinnä työntekijöiden suihkussa käynteihin ja tiski- sekä pyykinpesukoneiden käyttöön, ja kulutus on suuruusluokaltaan merkityksetön (luokkaa 1 MWh kuukaudessa), joten tarkemmat laskelmat jätettiin tekemättä. Energiateollisuus ry:n datan (2020) perusteella Suomen kaukolämpöverkoissa lämpöhäviön osuus on välillä 5–15 % tuotetun lämmön määrästä vuodessa. Nenäinniemen tapauksessa aluelämpöverkko on kaukolämpöverkkoihin verrattuna lyhyt ja menoveden lämpötilataso alhainen, joten lämpöhäviön suuruudeksi arvioitiin 5 % tuotetun lämmön määrästä. Tällöin ainoaksi tuntemattomaksi tekijäksi jäi rakennusten lämmitysenergia, jonka suuruutta voitiin arvioida lämpöenergiataseen avulla:
QR=QK+QCHP −QF LV −QF KV −QL−QR−QLH (3.2) jossa QRon rakennusten lämmitysenergia, QK on kaasukattiloiden aluelämpöverkkoon tuottama lämpöenergia,QCHP on CHP-laitokselta talteen saatu lämpöenergia,QF LV on ferrosulfaatin liotusveden valmistuksen kuluttama lämpöenergia, QF KV on ferrosulfaatin kyytiveden valmistuksen kuluttama lämpöenergia,QLon lietteen lämmityksen kuluttama lämpöenergia ja QLH lämpöverkosta ympäristöön siirtynyt lämpöhäviö. Kuvassa 3.2 on esitetty puhdistamon aluelämpöverkko sekä kaikki lämmöntuotanto ja -kulutuskohteet.
Energiataseen laskenta toteutettiin taulukkolaskentana kuukausitasolla. Näin rakennus-ten lämmitysenergian osuutta voitiin validoida niin, että kesäkuukausina (kesäkuu-elokuu) rakennusten lämmitysenergia saatiin nollaksi. Tämä tehtiin korjaamalla lietteen lämmity-senergiaa korjauskertoimella, joka pienensi lietteen lämmityksen määrää. Lietteen läm-mitysenergian laskenta on virheille altis pienen lämpötilaeron takia kuten edellisessä lu-vussa on kuvattu. Mahdollista on myös, että tuotetun lämpöenergian määrä on todellisuu-dessa suurempi kuin mitattu arvo, mikä vaikuttaa virheeseen vastaavalla tavalla. Lisäksi rakennusten kuluttaman lämmitysenergian määrää arvioitiin ominaislämmönkulutuksen avulla, joka voidaan laskea lämmönkulutuksen ja lämmitettävän rakennustilavuuden suh-teena seuraavasti:
Ominaislämmönkulutus= Lämmönkulutus(kW h)
Lämmitettävä rakennustilavuus(m3) (3.3) Rakennusten ominaiskulutus vaihtelee rakenteissa käytetyn tekniikan mukaan. Voidaan yleistää, että eri vuosikymmenillä on käytetty samankaltaista rakennustekniikkaa ja ar-vioida rakennusten lämmönkulutusta rakennusajankohdan perusteella. Nenäinniemen ra-kennuskanta on peräisin pääosin 1970- ja 2000-luvuilta, mutta rakennuksia on jokaiselta
Kuva 3.2.Yksinkertaistettu aluelämpöverkon lämmönjakokaavio.
vuosikymmeneltä. Puhdistamon vanhempia rakennuksia on myös perusparannettu vuo-sien saatossa. Helsingissä 1970-luvun rakennuskannan sääkorjattu ominaislämmönku-lutus vuonna 2007 oli 53 kWh/m3 ja 2000-luvun rakennusten keskimääräinen arvo puo-lestaan 43 kWh/m3. Myös mahdolliset rakentamisen jälkeen tehdyt parannukset kuten lisälämmöneristys, ikkunoiden vaihto ja ilmanvaihdon säätäminen pienentävät ominais-kulutusta. (Helsingin kaupungin ympäristökeskus 2008)
3.5 Mittaukset ja tietotekniset järjestelmät
Puhdistamon prosessilaitteista suurin osa on liitetty Insta Automation Oy:n toimittamaan prosessiautomaatiojärjestelmään. Sitä voidaan operoida prosessivalvomon tietokoneilta käsin, jossa automaatiojärjestelmään liitettyjä laitteita voidaan tarkkailla ja niiden
toiminta-arvoja säätää tarpeen mukaan. Automaatiojärjestelmää päivitetään ja kehitetään jatkuvasti. Lisäksi järjestelmä kerää mittausdataa valvomon paikalliseen tietokantaan, josta siihen päästään käsiksi Insta Wahti -raportointiohjelmiston kautta.
Insta Wahdilla on mahdollista luoda päivä-, viikko-, kuukausi- ja vuositason raportteja kaikista keruussa olevista mittauksista. Myös datan visualisointi on mahdollista.
Historiadataa vuosilta ennen Insta Wahti -raportoinnin käyttöönottoa on kerätty vanhasta raportointijärjestelmästä, joka hakee dataa tietokannasta suoraan CSV-tiedostoon (Comma Separated Values). Puhdistamon kiinteistöautomaatiojärjestelmä on Honeywellin toimittama ja myös pitkälle automatisoitu ratkaisu. Mittauksia ja laitteiden toimintaa voidaan tarkkailla erilliseltä käyttöpäätteeltä valvomossa. Myös kiinteistöautomaatiojärjestelmä kerää tietokantaan dataa, jota voidaan tarkastella jälkikäteen historiatrendien muodossa. Mittausdata on myös mahdollista viedä lukuarvoina erilliseen CSV-tiedostoon.
Toimiva automatisointi edellyttää etäluettavia mittauksia ja niiden päivittäistä valvomis-ta. Kentältä löytyy monenlaisia mittauksia, joista tämän työn kannalta oleellisimpia olivat lämpötilamittaukset, virtausmittaukset ja energiamittaukset. Lämpö ja sähkö ovat puh-distamolla hyödynnettävät energian muodot, joita mitataan varsin eri tavoin. Käytettyä sähköenergiaa mitataan tällä hetkellä kahdella eri tavalla: kantaverkon puolella sijaitse-valla sähköverkkoyhtiön etäluettasijaitse-valla mittarilla sekä puhdistamon sähköverkossa sijait-sevien sähkökatkaisijoiden avulla. Katkaisijat on liitetty automaatiojärjestelmän logiikan raportointilohkoon, josta saadaan 3600 mitattua tehon arvoa tunnin aikana. Nämä tehot lasketaan yhteen, jolloin saadaan niin kutsuttu kumulatiivinen tuntilukema (Energiateol-lisuus ry 2016). Prosessiin siirrettyä lämpöenergiaa voidaan puolestaan mitata kahden lämpötilamittauksen välisen lämpötilaeron ja kyseiseen prosessin osaan liittyvän virtaus-mittauksen avulla laskennallisesti kaavan 2.15 mukaan. Uusimpiin aluelämpöverkkoon lii-tettyihin kohteisiin on tähän tarkoitukseen sijoitettu energiamittareita, jotka mittaavat koh-teiden lämmönkulutusta. Näitä kiinteistöautomaatiojärjestelmään kytkettyjä lämpöener-giamittareita on kolmessa kohteessa: tertiäärirakennuksessa, kompressorirakennukses-sa sekä kemikaaliasemalla. Tertiääri- ja kompressorirakennuksiskompressorirakennukses-sa lämpöä käytetään si-säilman lämmittämiseen, mutta kemikaaliasemalla lämpö siirretään prosessiin ferrosul-faatin liuotus- ja kyytivesien lämmittämiseksi. Kyseisiä lämpöenergiamittauksia ei kuiten-kaan ole liitetty kiinteistöautomaation mittausten keruuseen, joten niiden arvoja ei voitu tarkastella takautuvasti.
CHP-laitokselle menevässä aluelämpöverkon putkessa on lämpötila- ja virtausmittaukset sekä sieltä tulevassa putkessa paluulämpötilamittaus. Näitä mittauksia hyödyntäen rapor-tointilohkossa lasketaan kaavan 2.15 mukaisesti CHP-laitokselta talteen saadun lämpö-energian määrä. Joidenkin prosessin kohteiden, kuten lietteen lämmityksen, lämmönku-lutusta voidaan tarkastella samaan tapaan, mutta laskentaa ei ole toteutettu raportointi-lohkossa, vaan Wahti-raportointijärjestelmässä. Lisäksi tämän työn puitteissa oli tarpeen arvioida tuotetun ja kulutetun biokaasun energiasisältöä. Siinä voitiin hyödyntää mittaus-tietoina kaasun virtausmittauksia sekä biokaasun metaanipitoisuuden mittausta. Tällöin
poltetun biokaasun sisältämä lämpömäärä voitiin laskea kaavalla 3.4
Q=HLHV,CH4V XCH4, (3.4)
jossa Q on metaanin sidosten sisältämä energia yksikössä kWh, HLHV,CH4 on metaa-nin alempi lämpöarvo 9,97 kWh/nm3 (Swedish Gas Technology Centre 2012),V on bio-kaasun tilavuus yksikössä nm3jaXCH4 metaanin tilavuusosuus biokaasusta. Lämpökes-kuksen kaasukattiloiden yhteydessä ei ole virtausmittausta, joten niiden tuottaman
jossa Q on metaanin sidosten sisältämä energia yksikössä kWh, HLHV,CH4 on metaa-nin alempi lämpöarvo 9,97 kWh/nm3 (Swedish Gas Technology Centre 2012),V on bio-kaasun tilavuus yksikössä nm3jaXCH4 metaanin tilavuusosuus biokaasusta. Lämpökes-kuksen kaasukattiloiden yhteydessä ei ole virtausmittausta, joten niiden tuottaman